Magnetische Kontakte

Auch Messungen an Tunnelelementen mit magnetischen Fe-Kontakten zeigen ei-ne starke Abh¨angigkeit des HMR von der Dicke der Tunei-nelbarriere. Im Gegensatz zu Tunnelelementen mit nichtmagnetischen Kontakten findet man hier eine aus-gepr¨agte Temperatur- und Spannungsabh¨angigkeit. Ferner zeigt sich, dass der HMR in starkem Maße von der Vorbehandlung der Grenzfl¨achen abh¨angt.

Dickenabh¨angigkeit

Abbildung 3.20 zeigt den Hochfeld-Magnetowiderstand f¨ur drei Proben mit unter-schiedlich dicker GaAs-Barriere und Fe-Elektroden. Die Tunnelkontakte sind ent-sprechend der Probe aus Abschnitt 3.2.1 prozessiert, Tunnelkontakte mit Argon-Ionen-Vorbehandlung bzw. Temperschritten zeigen andere Magnetowiderstands-effekte (siehe unten). Es zeigt sich eine starke Abh¨angigkeit von der Dicke der

Abbildung 3.20: Hochfeld-Magnetowiderstand f¨ur Fe/GaAs/Fe-Tunnelkontakte mit unterschiedlich dicken GaAs-Barrieren. Die Messungen wurden bei 4,2 K, 20 mV und parallel zur Barriere angelegtem Magnetfeld durchgef¨uhrt.

GaAs-Barriere und ein deutlich unterschiedliches Verhalten im Vergleich zu den Tunnelelementen mit nichtmagnetischen Kontakten. W¨ahrend dort grunds¨atzlich ein positiver Magnetowiderstand zu finden war, findet man bei der Probe mit der d¨unnsten Barriere ¨uber den gesamten Messbereich einen negativen HMR. Der HMR f¨ur die 10 nm dicke Barriere ist bei kleinen Magnetfeldern ebenfalls nega-tiv und wird ¨uber etwa 5 T posinega-tiv. Die schmale Spitze bei 0 T zeigt den bereits diskutierten TMR-Effekt.

Temperatur- und Spannungsabh¨angigkeit

Abbildung 3.21 (a) zeigt die Temperaturabh¨angigkeit des Hochfeld-Magneto-widerstands f¨ur ein parallel zur Barriere angelegtes Magnetfeld f¨ur einen Fe/GaAs/

Fe-Tunnelkontakt mit einer 8 nm dicken Barriere und 20 mV Bias-Spannung. Es zeigt sich ein allm¨ahlicher ¨Ubergang von einem negativen HMR zu einem posi-tiven HMR bei h¨oheren Temperaturen. Tunnelkontakte mit 6 nm dicker GaAs-Barriere zeigen ein sehr ¨ahnliches Temperaturverhalten.

Das Erh¨ohen der Bias-Spannung bei einer Temperatur von 4,2 K hat ¨ahnli-che Auswirkungen auf den HMR wie das Erh¨ohen der Temperatur (Abbildung 3.21 (b)). Es zeigt sich ein schrittweiser ¨Ubergang von einem negativen HMR zu einem positiven HMR bei h¨oheren Spannungen. F¨ur h¨ohere Spannungen scheint dieser Effekt zu s¨attigen. F¨ur h¨ohere Temperaturen ergab sich eine sehr viel schw¨achere Spannungsabh¨angigkeit des HMR.

Senkrechte Messungen

Ahnlich wie die Tunnelelemente mit nichtmagnetischen Kontakten zeigen auch¨ die Elemente mit magnetischen Kontaktschichten bei senkrecht zur Barriere an-gelegtem Magnetfeld einen Magnetowiderstandseffekt. Die Abbildung 3.22 zeigt temperatur- und spannungsabh¨angige HMR-Kurven f¨ur Fe/GaAs/Fe-Tunnelkon-takte mit 8 nm dicker GaAs-Barriere.

Der Tunnelkontakt zeigt bei senkrechten Magnetfeldern oberhalb von etwa 2 T eine sehr ¨ahnliche Abh¨angigkeit von der Temperatur wie die Tunnelkontakte mit parallel zur Barriere angelegtem Magnetfeld (siehe Abbildungen 3.21 (a) und 3.22 (a)). Die temperaturabh¨angige Variation des Effekts ist bei parallelem Ma-gnetfeld um etwa 50% gr¨oßer als bei senkrechtem MaMa-gnetfeld. Die

Widerstands-Abbildung 3.21: Hochfeld-Magnetowiderstand f¨ur ein parallel zur Barriere an-gelegtes Magnetfeld f¨ur einen Fe/GaAs/Fe-Tunnelkontakt mit 8 nm dicker GaAs-Barriere; (a) bei verschiedenen Temperaturen und einer Bias-Spannung von 20 mV; (b) bei verschiedenen Bias-Spannungen und einer Temperatur von 4,2 K.

Abbildung 3.22: Hochfeld-Magnetowiderstand f¨ur ein senkrecht zur Barrie-re angelegtes Magnetfeld f¨ur einen Fe/GaAs/Fe-Tunnelkontakt mit 8 nm dicker GaAs-Barriere; (a) bei verschiedenen Temperaturen und einer Bias-Spannung von 20 mV; (b) bei verschiedenen Bias-Spannungen und einer Temperatur von 4,2 K.

werte wurden auf den Wert bei 1,7 T normiert. Bei diesem Wert sind die d¨unnen Fe-Schichten vollst¨andig in senkrechter Richtung aufmagnetisiert. Reduziert man das Feld unter 1,7 T, dreht sich die Magnetisierung der beiden Kontakte un-terschiedlich schnell von der out-of-plane-Richtung in die bevorzugte in-plane-Richtung. Das breite Maximum um 0 T bei senkrechten Messungen entspricht dem schmalen TMR-Effekt bei paralleler Messung. Zus¨atzlich kann man in der Abbildung 3.22 (a) einen kleinen Sprung bei etwa 0 T erkennen, der von einem spontanen Umschalten einer der beiden Schichten bei nicht exakt senkrechtem Magnetfeld kommen k¨onnte. Dieser Sprung konnte nicht bei allen Proben gefun-den wergefun-den.

Auch die Spannungsabh¨angigkeit des senkrechten HMR verh¨alt sich weitgehend

¨ahnlich zum HMR bei parallelem Magnetfeld (siehe Abbildungen 3.21 (b) und 3.22 (b)). Die spannungsabh¨angige ¨Anderung des HMR ist bei parallelem Mag-netfeld um etwa 60% gr¨oßer als bei senkrechten MagMag-netfeld. F¨ur h¨ohere Tempe-raturen zeigt sich ebenfalls eine sehr viel schw¨achere Spannungsabh¨angigkeit des HMR.

Einfluss der Grenzfl¨ache

Der starke Einfluss der Grenzfl¨ache auf den HMR zeigt sich bei Messungen an einer Probe mit Argon-Ionen-Vorbehandlung (Abbildung 3.23). Die bei der Mes-sung verwendete Probe entspricht der aus Abbildung 3.15. Bei niedrigen Tempe-raturen ergibt sich ein ann¨ahernd linearer positiver Magnetowiderstand, w¨ahrend sich f¨ur h¨ohere Temperaturen ein ¨ahnliches Verhalten zeigt wie bei den nicht vor-behandelten Proben aus Abbildung 3.21.

Auch HMR-Messungen an den getemperten Proben aus Abschnitt 3.2.4 deu-ten auf einen Einfluss der Grenzfl¨ache auf den HMR hin (Abbildung 3.24). F¨ur h¨ohere Prozesstemperaturen ergibt sich zuerst ein Hochbiegen zu einem positiven HMR, nach dem 200^◦C-Temperschritt ergibt sich ein ann¨ahernd linearer negati-ver HMR.

Die 10 nm dicken GaAs-Barrieren in (110)-Orientierung zeigten ein ¨ahnliches Verhalten wie die 8 nm dicken Barrieren in (001)-Orientierung.

Abbildung 3.23: Hochfeld-Magnetowiderstand f¨ur den mit Ar-Ionen vorbehan-delten Fe/GaAs/Fe-Tunnelkontakt aus Abbildung 3.15, gemessen bei parallelem Magnetfeld und den angegebenen Temperaturen. Die Bias-Spannung betrug 20 mV.

Abbildung 3.24: Hochfeld-Magnetowiderstand f¨ur die getemperten Fe/GaAs/Fe-Tunnelelemente aus Abbildung 3.10, gemessen bei parallelem Magnetfeld, einer Bias-Spannung von 20 mV und einer Temperatur von 4,2 K.